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鈮(ni)（Niobium），化(hua)學符號Nb，原子(zi)序數為(wei)41，是一種過(guo)渡金(jin)屬元素(su)。鈮(ni)單(dan)質(zhi)是一種帶光(guang)澤(ze)的灰色金(jin)屬。高純度(du)鈮(ni)金(jin)屬的延展性較高，但(dan)會隨雜質(zhi)含量的增加而變硬。鈮(ni)對于熱中子(zi)的捕獲截面很低，因此在(zai)核工業上(shang)有相當(dang)的用處。

發現歷史

當于1801年考察在(zai)大英博物(wu)館的礦石時，Charles Hatchett被(bei)一(yi)個標簽為columbite（鈳(ke)鐵礦）的樣本(ben)激起了(le)(le)興趣。他(ta)(ta)推測其包含一(yi)種新的金屬，他(ta)(ta)是對(dui)的。他(ta)(ta)加(jia)熱一(yi)塊(kuai)樣本(ben)與碳酸鉀，溶解產物(wu)到水中，添加(jia)了(le)(le)酸后(hou)獲得了(le)(le)沉淀物(wu)。然(ran)而，進一(yi)步的處理也沒能生產出元素本(ben)身，他(ta)(ta)命(ming)名其為columbium（鈳(ke)——鈮元素的舊(jiu)譯），被(bei)人們(men)已知多年。

其他(ta)人則(ze)對鈳(ke)(ke)(ke)持懷疑態度，尤其是(shi)在接下來(lai)的(de)(de)(de)一(yi)(yi)年(nian)(nian)(nian)發現了鉭之(zhi)后。這些金屬在大(da)自然中(zhong)一(yi)(yi)起(qi)出(chu)(chu)現，而且很難(nan)分離。在1844年(nian)(nian)(nian)德國(guo)(guo)化(hua)(hua)學(xue)家Heinrich Rose證明了鈳(ke)(ke)(ke)鐵礦包含了這兩(liang)種(zhong)元(yuan)素，他(ta)把(ba)columbium（鈳(ke)(ke)(ke)）命名(ming)(ming)(ming)為niobium（鈮）。“Columbium”（鈳(ke)(ke)(ke)，符號Cb）是(shi)哈契(qi)特(te)對新元(yuan)素所(suo)給的(de)(de)(de)最(zui)早命名(ming)(ming)(ming)。這一(yi)(yi)名(ming)(ming)(ming)稱(cheng)在美(mei)國(guo)(guo)一(yi)(yi)直(zhi)有(you)廣泛的(de)(de)(de)使用(yong)(yong)(yong)，美(mei)國(guo)(guo)化(hua)(hua)學(xue)學(xue)會(hui)在1953年(nian)(nian)(nian)出(chu)(chu)版了最(zui)后一(yi)(yi)篇標(biao)題含有(you)“鈳(ke)(ke)(ke)”的(de)(de)(de)論文；“鈮”則(ze)在歐(ou)洲(zhou)(zhou)(zhou)通用(yong)(yong)(yong)。1949年(nian)(nian)(nian)在阿姆斯特(te)丹舉(ju)辦的(de)(de)(de)化(hua)(hua)學(xue)聯(lian)合會(hui)第(di)15屆會(hui)議最(zui)終(zhong)決(jue)定以(yi)(yi)“鈮”作為第(di)41號元(yuan)素的(de)(de)(de)正式命名(ming)(ming)(ming)。翌(yi)年(nian)(nian)(nian)，國(guo)(guo)際純粹與(yu)應用(yong)(yong)(yong)化(hua)(hua)學(xue)聯(lian)合會(hui)（IUPAC）也采(cai)納了這一(yi)(yi)命名(ming)(ming)(ming)，結束(shu)了一(yi)(yi)個世紀來(lai)的(de)(de)(de)命名(ming)(ming)(ming)分歧(qi)，盡管“鈳(ke)(ke)(ke)”的(de)(de)(de)使用(yong)(yong)(yong)時間更早。這可算(suan)是(shi)一(yi)(yi)種(zhong)妥協：IUPAC依北美(mei)的(de)(de)(de)用(yong)(yong)(yong)法(fa)選擇“Tungsten”而非(fei)歐(ou)洲(zhou)(zhou)(zhou)所(suo)用(yong)(yong)(yong)的(de)(de)(de)“Wolfram”作為鎢的(de)(de)(de)命名(ming)(ming)(ming)，并在鈮的(de)(de)(de)命名(ming)(ming)(ming)上以(yi)(yi)歐(ou)洲(zhou)(zhou)(zhou)的(de)(de)(de)用(yong)(yong)(yong)法(fa)為先。具權威性的(de)(de)(de)化(hua)(hua)學(xue)學(xue)會(hui)和政府機構都(dou)一(yi)(yi)般以(yi)(yi)IUPAC正式命名(ming)(ming)(ming)稱(cheng)之(zhi)，但美(mei)國(guo)(guo)地質(zhi)調查(cha)局(ju)以(yi)(yi)及(ji)冶金業、金屬學(xue)會(hui)等組織至今仍(reng)使用(yong)(yong)(yong)舊(jiu)名(ming)(ming)(ming)“鈳(ke)(ke)(ke)”。

當時，科學家(jia)(jia)未能有效地把(ba)鈳（鈮(ni)(ni)）和(he)性質極(ji)為(wei)相似的(de)鉭(tan)(tan)區(qu)分(fen)(fen)開來(lai)。1809年，英國化(hua)學家(jia)(jia)威廉(lian)·海(hai)德(de)·沃拉(la)斯(si)(si)頓（William Hyde Wollaston）對鈳和(he)鉭(tan)(tan)的(de)氧化(hua)物(wu)(wu)進行比較，得出(chu)兩者(zhe)的(de)密(mi)度分(fen)(fen)別為(wei)5.918g/cm3及超過16.6g/cm3。雖然密(mi)度值(zhi)相差巨大，但他仍(reng)認(ren)為(wei)兩者(zhe)是(shi)完(wan)全相同(tong)的(de)物(wu)(wu)質。另(ling)一德(de)國化(hua)學家(jia)(jia)海(hai)因里希·羅澤（Heinrich Rose）在(zai)1846年駁斥這一結論，并稱原先(xian)的(de)鉭(tan)(tan)鐵(tie)礦樣(yang)本(ben)中還存在(zai)著另(ling)外兩種元素(su)。他以(yi)希臘(la)神(shen)話中坦塔洛斯(si)(si)的(de)女(nv)兒尼俄(e)伯（Niobe，淚水女(nv)神(shen)）和(he)兒子珀羅普斯(si)(si)（Pelops）把(ba)這兩種元素(su)分(fen)(fen)別命(ming)名為(wei)“Niobium”（鈮(ni)(ni)）和(he)“Pelopium”。鉭(tan)(tan)和(he)鈮(ni)(ni)的(de)差別細微，而(er)因此得出(chu)的(de)新“元素(su)”Pelopium、Ilmenium和(he)Dianium實(shi)際上都只(zhi)是(shi)鈮(ni)(ni)或者(zhe)鈮(ni)(ni)鉭(tan)(tan)混(hun)合物(wu)(wu)。

1864年(nian)，克(ke)利斯(si)蒂安·威廉·布隆斯(si)特蘭（Christian Wilhelm Blomstrand）、亨利·愛丁·圣克(ke)萊(lai)爾·德(de)維爾和(he)路易·約瑟夫(fu)·特羅斯(si)特（Louis Joseph Troost）明確證明了鉭(tan)(tan)和(he)鈮是兩種不同的(de)化學元(yuan)素(su)，并(bing)確定了一(yi)些相關(guan)化合物的(de)化學公(gong)式。瑞士化學家讓-夏(xia)爾·加利薩·德(de)馬里尼亞（Jean Charles Galissard de Marignac）在(zai)1866年(nian)進一(yi)步(bu)證實除鉭(tan)(tan)和(he)鈮以外別無其(qi)他元(yuan)素(su)。然而直(zhi)到1871年(nian)還(huan)有科學家發表有關(guan)Ilmenium的(de)文章。

1864年，德馬里尼亞(ya)在(zai)(zai)氫氣中(zhong)對氯化鈮(ni)進行還原(yuan)反應(ying)，首次制(zhi)成(cheng)鈮(ni)金(jin)屬(shu)(shu)。雖然他在(zai)(zai)1866年已能(neng)夠制(zhi)備不含鉭的(de)(de)(de)(de)鈮(ni)金(jin)屬(shu)(shu)，但(dan)要直(zhi)到(dao)20世(shi)紀初，鈮(ni)才(cai)開始有商業上(shang)的(de)(de)(de)(de)應(ying)用(yong)(yong)：電(dian)(dian)燈(deng)泡燈(deng)絲。鈮(ni)很快就被鎢(wu)淘汰了(le)，因為鎢(wu)的(de)(de)(de)(de)熔點(dian)比鈮(ni)更高，更適合作(zuo)燈(deng)絲材料。1920年代，人們發(fa)現(xian)鈮(ni)可以加(jia)強鋼(gang)材，這成(cheng)為鈮(ni)一(yi)直(zhi)以來的(de)(de)(de)(de)主要用(yong)(yong)途。貝爾(er)實驗室的(de)(de)(de)(de)尤金(jin)·昆茲勒（Eugene Kunzler）等人發(fa)現(xian)，鈮(ni)錫(xi)在(zai)(zai)強電(dian)(dian)場(chang)、磁(ci)(ci)場(chang)環(huan)境(jing)下(xia)仍(reng)能(neng)保持超導性(xing)，這使鈮(ni)錫(xi)成(cheng)為第一(yi)種(zhong)能(neng)承受高電(dian)(dian)流和磁(ci)(ci)場(chang)的(de)(de)(de)(de)物(wu)質(zhi)，可用(yong)(yong)于大功率磁(ci)(ci)鐵和電(dian)(dian)動機械。這一(yi)發(fa)現(xian)促使了(le)20年后(hou)多股長(chang)電(dian)(dian)纜(lan)的(de)(de)(de)(de)生產。這種(zhong)電(dian)(dian)纜(lan)在(zai)(zai)繞成(cheng)線圈后(hou)可形(xing)成(cheng)大型強電(dian)(dian)磁(ci)(ci)鐵，用(yong)(yong)在(zai)(zai)旋(xuan)轉(zhuan)機械、粒子(zi)加(jia)速器和粒子(zi)探測器當中(zhong)。

純凈的(de)金(jin)屬樣本在1864年由Christian Blomstrand制取，他用氫氣加(jia)熱還原氯化鈮實現。

元素簡介

元素信息

一(yi)種(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)金屬(shu)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)。鈮(ni)(ni)能吸收氣體，用作除氣劑(ji)，也是一(yi)種(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)良好的(de)(de)超導體。舊稱(cheng)“鈳”。化學(xue)符號(hao)Nb，原子(zi)序數41，原子(zi)量(liang)92.90638，屬(shu)周期系(xi)ⅤB族。1801年英國(guo)查爾斯·哈切(qie)特(te)（Charles·Hatchett）在研(yan)究倫敦大英博物(wu)(wu)館中(zhong)(zhong)收藏的(de)(de)鈮(ni)(ni)鐵(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)中(zhong)(zhong)分離(li)出一(yi)種(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)新元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)的(de)(de)氧化物(wu)(wu)，并命名該(gai)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)為columbium（中(zhong)(zhong)譯名鈳）。1802年瑞典A.G.厄克貝里在鉭(tan)鐵(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)中(zhong)(zhong)發現(xian)另一(yi)種(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)新元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)tantalum。由(you)于(yu)這兩(liang)種(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)性質上非常(chang)相似(si)，不少(shao)人認(ren)為它(ta)們是同一(yi)種(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)。由(you)于(yu)它(ta)與(yu)鉭(tan)非常(chang)相似(si)，起初他竟搞混了(le)。1844年德意(yi)志H.羅澤(ze)詳細研(yan)究了(le)許(xu)多鈮(ni)(ni)鐵(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)和鉭(tan)鐵(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)，分離(li)出兩(liang)種(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)，才(cai)澄清了(le)事實真(zhen)相。最后(hou)查爾斯·哈切(qie)特(te)用神話中(zhong)(zhong)的(de)(de)女神尼(ni)俄(e)伯（Niobe）的(de)(de)名字命名了(le)該(gai)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)。在歷史上，最初人們用鈮(ni)(ni)所在的(de)(de)鈮(ni)(ni)鐵(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)的(de)(de)名字“columbium”來稱(cheng)呼(hu)鈮(ni)(ni)。鈮(ni)(ni)在地殼中(zhong)(zhong)的(de)(de)含量(liang)為0.002%，鈮(ni)(ni)在地殼中(zhong)(zhong)的(de)(de)自(zi)然儲量(liang)為520萬(wan)噸，可開采(cai)儲量(liang)440萬(wan)噸，主(zhu)要礦(kuang)(kuang)物(wu)(wu)有鈮(ni)(ni)鐵(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)、燒綠(lv)石(shi)和黑(hei)稀金礦(kuang)(kuang)、褐釔(yi)鈮(ni)(ni)礦(kuang)(kuang)、鉭(tan)鐵(tie)(tie)礦(kuang)(kuang)、鈦(tai)鈮(ni)(ni)鈣鈰礦(kuang)(kuang)。

同位素

自然產生的(de)(de)鈮(ni)由(you)一(yi)(yi)種穩定同(tong)位素(su)(su)(su)(su)組成(cheng)：93Nb。截至(zhi)2003年(nian)，已合成(cheng)的(de)(de)放射(she)性同(tong)位素(su)(su)(su)(su)共(gong)有至(zhi)少32種，原子(zi)(zi)量在(zai)81和(he)(he)113之間。其中最穩定的(de)(de)是92Nb，半(ban)衰(shuai)期(qi)有3470萬年(nian)；113Nb是最不穩定的(de)(de)同(tong)位素(su)(su)(su)(su)之一(yi)(yi)，其半(ban)衰(shuai)期(qi)估計(ji)只有30毫(hao)秒。比93Nb更輕的(de)(de)同(tong)位素(su)(su)(su)(su)一(yi)(yi)般進(jin)(jin)(jin)行(xing)β+衰(shuai)變，比它(ta)重的(de)(de)則會(hui)進(jin)(jin)(jin)行(xing)β-衰(shuai)變。例外包括：81Nb、82Nb和(he)(he)84Nb會(hui)進(jin)(jin)(jin)行(xing)少量β緩發質子(zi)(zi)發射(she)，91Nb會(hui)進(jin)(jin)(jin)行(xing)電(dian)(dian)子(zi)(zi)捕(bu)獲(huo)和(he)(he)正電(dian)(dian)子(zi)(zi)發射(she)，而(er)92Nb會(hui)同(tong)時進(jin)(jin)(jin)行(xing)正電(dian)(dian)子(zi)(zi)（β+）和(he)(he)電(dian)(dian)子(zi)(zi)（β-）發射(she)。

已(yi)知(zhi)的核(he)素共有25種(zhong)，質量數介(jie)乎84至(zhi)104。這個質量區(qu)間內(nei)的同位素中，只有96Nb、101Nb和103Nb不具(ju)有同核(he)異(yi)(yi)構體(ti)。最(zui)穩(wen)定的鈮(ni)同核(he)異(yi)(yi)構體(ti)是(shi)(shi)93mNb，半衰(shuai)(shuai)期為16.13年；最(zui)不穩(wen)定的是(shi)(shi)84mNb，半衰(shuai)(shuai)期為103納秒。除(chu)92m1Nb進行少(shao)量電子捕獲之外(wai)，所(suo)有同核(he)異(yi)(yi)構體(ti)的衰(shuai)(shuai)變(bian)方式都是(shi)(shi)同核(he)異(yi)(yi)構體(ti)轉換或β衰(shuai)(shuai)變(bian)。

相關資料

元素符號：Nb

元素英(ying)文名(ming)稱：niobium

元素類型：金屬元素

原子體積：10.87cm3/mol

元(yuan)素(su)在太陽中的含量:0.004(ppm)

元素在海(hai)水(shui)中(zhong)的(de)含量(liang)：0.0000009(ppm)

地殼(ke)中含量：20（ppm）

相對原子質量：92.90638

原子序數：41

所屬周期：5

所屬族數：VB

核外電子排布(bu)：1s22s22p63s23p63d104s24p64d45s1

電子層排布：2，8，18，12，1

晶(jing)體(ti)結(jie)構：晶(jing)胞為體(ti)心立(li)方晶(jing)胞，每個晶(jing)胞含有2個金(jin)屬(shu)原子。

晶胞參數：a=330.04pm，b=330.04pm，c=330.04pm，α=90°，β=90°，γ=90°

化(hua)合價：+5（主要），-3，-1，0，+1，+2，+3，+4

莫氏硬度：6

聲音在其中(zhong)的傳播速率：3480（m/s）

電離能(kJ/mol)

M - M+ 664

M+ - M2+ 1382

M2+ - M3+ 2416

M3+ - M4+ 3695

M4+ - M5+ 4877

M5+ - M6+ 9899

M6+ - M7+ 12100

物理化學性質

物理性質

鈮是(shi)灰(hui)白色金屬，熔點2468℃，沸點4742℃，密度(du)(du)8.57g/cm3。鈮是(shi)一種帶光(guang)澤的(de)灰(hui)色金屬，具(ju)有順磁性，高純度(du)(du)鈮金屬的(de)延展性較高，但(dan)會隨雜質含量的(de)增加而變硬。它(ta)的(de)最外電子層(ceng)排布和其他的(de)5族元(yuan)素(su)非常不同(tong)。同(tong)樣(yang)的(de)現(xian)象也出現(xian)在(zai)前后(hou)的(de)釕（44）、銠（45）和鈀（46）元(yuan)素(su)上。

鈮

Z 元素 每層電子(zi)數

23 釩 2, 8, 11, 2

41 鈮 2, 8, 18, 12, 1

73 鉭 2, 8, 18, 32, 11, 2

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